THIẾT kế và CHẾ tạo mô HÌNH hệ THỐNG CHIẾT rót ĐÓNG nắp và IN LOGO sử DỤNG PLC s7 1200

Tự động hóa trong quá trình sản xuất giúp hạn chế việc sử dụng nhân công trong sản xuất mà thay vào đó là các hệ thống máy móc tự động và hiện đại giúp giảm sự phụ thuộc của con người và

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

18TDH1

Đà Nẵng, 06/2022

TÓM TẮT

Đề tài này xây dựng mô hình chiết rót đóng chai và in logo sử dụng PLC

S7-1200 Mô hình có 3 khâu chức năng chính, đó là khâu chiết rót dung dịch, đóng vặn nắp

và cuối cùng là in logo trên thân chai Đề tài có mục tiêu ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất trong nhà máy, có thể làm việc với tần suất cao và có thể tái cơ cấu linh hoạt Qua quá trình chế tạo và thi công mô hình thì cuối cùng nhóm đã đạt được một số kết quả khả quan như hệ thống đã hoạt động tương đối ổn định và đã áp dụng tốt các kiến thức đã học để có thể hoàn thành tốt đồ án Hệ thống có thể điều khiển và giám sát qua giao diện WinCC và có thể thay thế được con người

Bố cục đồ án gồm 4 chương như sau:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ IN LOGO

Ở chương này sẽ tìm hiểu về hệ thống sản xuất chiết rót đóng chai và in logo tự động, đồng thời đề ra vấn đề hiện nay, lí nghiên cứu và tìm hiểu các phương pháp điều khiển tự động hiện nay, tìm hiểu mục đích và đưa ra phương pháp tối ưu nhất đề tài

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ TIA PORTAL

Chương 2 có nội dung tìm hiểu về lịch sử ra đời của PLC, cấu tạo, ưu nhược điểm của PLC và giới thiệu về dòng PLC S7 – 1200 của hãng Siemens giới thiệu phần mềm TIA Portal, cách thiết kế một dự án mới, tải và truyền dự án xuống PLC

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG

Chương này có nhiệm vụ trình bày các quá trình thiết kế và thi công hệ thống trên phần mềm và cũng như trong thực tế Lựa chọn các thiết bị điện cho mô hình

CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG

Chương 4 là chương giới thiệu chi tiết về các sơ đồ của hệ thống như sơ đồ khối,

sơ đồ đấu dây mạch động lực và điều khiển, giản đồ thời gian, bảng phân công đầu ra đầu vào của hệ thống, lưu đồ thuật toán Thiết kế và giới thiệu giao diện giám sát của hệ thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Duy Dưởng

Sinh viên thực hiện: Trần Văn Trung Mã SV: 1811505520258

Nguyễn Khắc Tấn Phát Mã SV: 1811505520133

1 Tên đề tài:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐÓNG NẮP

VÀ IN LOGO SỬ DỤNG PLC S7-1200

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Chế tạo được mô hình có các công đoạn chiết rót, đóng nắp và in Logo Giám sát

và điều khiển được trên giao diện

3 Nội dung chính của đồ án:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ

IN LOGO

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ TIA PORTAL

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG

CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

i

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế xã hội cùng đất nước, ngành tự động hóa đã và đang đóng góp phần không nhỏ đáp nhu cầu phát triển của đất nước Ngày nay khi sự phát triển đang tăng dần một cách nhanh chóng của các lĩnh vực, đặc biệt là công nghiệp đòi hỏi nhu cầu tự động hóa trong sản xuất là rất lớn Các dây chuyền sản xuất tự động không ngừng phát triển mở rộng về qui mô cũng như phức tạp

Hiện nay, hiện nay việc đưa tự động hóa trong sản xuất của các công ty, xí nghiệp trong công nghiệp đang được ưu tiên và là lựa chọn hàng đầu của các doanh nghiệp Tự động hóa trong quá trình sản xuất giúp hạn chế việc sử dụng nhân công trong sản xuất

mà thay vào đó là các hệ thống máy móc tự động và hiện đại giúp giảm sự phụ thuộc của con người và đặt biệt là mang lại sự chính xác cao, cũng như hạn chế rủi ro trong các công việc nguy hiểm sử dụng con người hiện nay

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, việc chế tạo một hệ thống sản xuất tự động nào

đó là rất cần thiết để vận hành với độ tin cậy cao

Do thời gian làm đồ án có giới hạn và kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các cô, thầy cũng như là của các bạn cùng khóa để đồ án này hoàn thiện hơn nữa

Chúng em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Ban Giám Hiệu, các thầy cô trong Khoa Điện – Điện Tử đã dành cho nhóm, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Đặc biệt, chúng em xin chân thành cảm ơn tới ThS Phạm Duy Dưởng đã quan tâm, tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm

vô cùng quý báu để chúng em hoàn thành đồ án

Xin chân thành cảm ơn!

ii

CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan đây là báo cáo đồ án tốt nghiệp của chúng em được thực hiện trong thời gian qua Các thông tin, số liệu và kết quả nghiên cứu của chúng em sử dụng trong báo cáo đồ án tốt nghiệp là trung thực Các dữ liệu và luận điểm được trích dẫn nguồn và chú thích rõ ràng Chúng em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường, khoa và bộ môn về sự cam đoan này

Sinh viên thực hiện

iii

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ viii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ IN LOGO 3

1.1 Lý do chọn đề tài 3

1.2 Tổng quan về đề tài 3

1.3 Nội dung đề tài 3

1.4 Giới thiệu hệ thống 4

1.4.1 Giới thiệu 4

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu 4

1.4.3 Các phương pháp điều khiển hệ thống 4

a Sử dụng vi điều khiển 4

b Sử dụng bộ điều khiển (PLC) 5

c Sử dụng các thiết bị điện 5

1.4.4 Mục tiêu của đề tài 6

1.4.5 Lựa chọn phương pháp 6

1.4.6 Tính an toàn của hệ thống 6

1.4.7 Tính thân thiện của hệ thống 7

1.5 Mô hình chức năng của hệ thống 7

1.5.1 Các thành phần của hệ thống 7

1.5.2 Các khâu chức năng của hệ thống 7

iv

a Khâu chiết rót 7

b Khâu đóng nắp 7

c Khâu in logo 7

1.6 Giới hạn đề tài 7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ TIA PORTAL 9

2.1 Tổng quan về PLC 9

2.1.1 Bộ lập trình PLC 9

2.1.2 Lịch sử ra đời PLC 9

2.1.3 Sự khác biệt của PLC 10

2.1.4 Điểm vượt trội của PLC 11

2.1.5 PLC & IoT 4.0 11

2.1.6 Cấu tạo 12

2.1.7 Ưu nhược điểm của PLC 12

a Ưu điểm 12

b Nhược điểm 13

2.1.8 Nguyên lí hoạt động 13

2.1.9 Các đầu vào đẩu ra 13

2.1.10 Lập trình PLC 14

2.1.11 Ứng dụng của PLC 14

2.2 PLC S7-1200 DC/DC/DC 14

2.2.1 Giới thiệu chung 15

2.2.2 Các thông số bên ngoài phần cứng và các moudule 15

a Cấu trúc bên ngoài 15

b Các bản tín hiệu 16

c Các module tín hiệu 16

d Các module truyền thông 17

2.3 Phần mềm lập trình TIA Portal V17 17

v

2.3.1 Một số thao tác cơ bản làm quen với phần mềm 18

2.3.2 Giao diện giám sát WinCC Runtime Advanced 21

2.3.3 Chức năng của WinCC Runtime Advanced 22

a Hiển thị quá trình 22

b Điều khiển vận hành quá trình 22

c Hiển thị các cảnh báo 22

d Lưu trữ các giá trị cảnh báo quá trình 22

e Ghi chép và cảnh báo các giá trị của quá trình 22

f Quản lý thông số máy móc và quá trình 22

2.3.4 Các bước cấu hình và kết nối WinCC Runtime Advanced với PLC22 a Thiết lập cấu hình 22

b Kết nối với PLC 24

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG 27

3.1 Thiết kế phần cứng 27

3.1.1 Thiết kế phần cơ khí 27

a Thiết kế băng tải 27

b Thiết kế mâm xoay 27

c Thiết kế máng cấp nắp 28

d Thiết kế khâu vặn nắp chai 29

e Thiết kế các chi tiết khác 30

3.1.2 Sơ đồ khối 31

3.1.3 Các cơ cấu chấp hành và thiết bị sử dụng trong hệ thống 32

a Động cơ 32

b Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK 33

c Nút nhấn 34

d Aptomat 35

e Van điện từ 5/2 37

vi

f Đèn báo 38

g Van tiết lưu 38

h Xy lanh khí nén 39

i Relay trung gian 39

j Máy nén khí 40

k Mạch chỉnh lưu nguồn tổ ong 40

l Mạch giảm áp LM2596 41

m Cầu đấu 42

n Động cơ bơm nước 42

o Cảm biến tiệm cận 43

3.2 Chế tạo phần cứng 43

3.2.1 Chế tạo phần mô hình cơ khí 44

3.2.2 Chế tạo phần điện 46

a Lắp ráp các động cơ, van vào mô hình 46

b Thiết kế tủ điện 46

c Quá trình thi công tủ điện 47

3.2.3 Mô hình hoàn thiện 50

CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 51

4.1 Sơ đồ nối dây 51

4.2 Phân công vào ra 52

4.3 Lưu đồ thuật toán 54

4.4 Giản đồ thời gian 58

4.5 Chương trình điều khiển 60

4.5.1 Nguyên lí hoạt động 60

4.5.2 Chương trình điều khiển cho PLC S7-1200 61

a Chương trình chính 61

b Chương trình Startup 61

vii

c Chương trình con bằng tay 61

d Chương trình con tự động 61

e Chương trình con đầu ra 61

f Chương trình con mô phỏng 61

4.6 Thiết kế giao diện WinCC Runtime Advanced 61

KẾT LUẬN 63

HƯỚNG PHÁT TRIỂN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC

viii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Danh sách hình vẽ

Hình 1 1: Mô hình các giai đoạn phát triển hệ thống 4

Hình 2 1: Cấu trúc phần cứng bên ngoài của PLC 15

Hình 2 2: Hình ảnh tổng quát các bảng tín hiệu PLC 16

Hình 2 3: Module tín hiệu 17

Hình 2 4: Module truyền thông 17

Hình 2 5: Thao tác chọn vào phần mềm 18

Hình 2 6: Thao tác tạo dự án mới 18

Hình 2 7: Thao tác đặt tên chọn đường dẫn và tạo new project 19

Hình 2 8: Thao tác chọn vào Configure a device 19

Hình 2 9: Thao tác chọn vào Add new device 19

Hình 2 10: Thao tác Chọn loại CPU PLC 20

Hình 2 11: Thao tác Setup mật khẩu bảo vệ cho PLC 20

Hình 2 12: Cửa sổ làm việc của phần mềm 21

Hình 2 13: Thao tác chọn vào Configure a device 23

Hình 2 14: Thao tác chọn vào Add new device 23

Hình 2 15: Thao tác chọn WinCC Runtime Advanced 24

Hình 2 16: WinCC Runtime Advanced sau khi đã tạo 24

Hình 2 17: WinCC Runtime Advanced sau khi đã được thêm Module truyền 25

Hình 2 18: Kết nối Netwwork PLC với WinCC Runtime Advanced 25

Hình 2 19: Kết nối Connections PLC với WinCC Runtime Advanced 26

Hình 3 1: Băng tải thiết kế trên Solid Works 27

Hình 3 2: Băng tải chế tạo thực tế 27

Hình 3 3: Mâm xoay thiết kế trên Solid Works 28

ix

Hình 3 4: Mâm xoay chế tạo thực tế 28

Hình 3 5: Máng cấp nắp thiết kế trên Solid Work 29

Hình 3 6: Máng cấp nắp chế tạo thực tế 29

Hình 3 7: Khâu vặn nắp thiết kế trên Solid Work 30

Hình 3 8: Khâu vặn nắp chế tạo thực tế 30

Hình 3 9: Một số chi tiết thiết kế trên Solid Work 31

Hình 3 10: Sơ đồ khối 32

Hình 3 11: Động cơ giảm tốc 32

Hình 3 12: Sơ đồ chân của E18-D80NK 33

Hình 3 13: Cảm biến hồng ngoại 34

Hình 3 14: Nút nhấn 34

Hình 3 15: Aptomat 35

Hình 3 16 Cấu tạo của Aptomat 35

Hình 3 17: Van điện từ 37

Hình 3 18: Van điện từ kết nối với xy lanh 38

Hình 3 19: Đèn báo 38

Hình 3 20: Van tiết lưu 39

Hình 3 21: Xy lanh khí nén 39

Hình 3 22: Relay trung gian 40

Hình 3 23: Sơ đồ nguyên lý của Relay 40

Hình 3 24: Máy nén khí 40

Hình 3 25: Nguồn tổ ong 41

Hình 3 26: Mạch giảm áp 41

Hình 3 27 Sơ đồ nguyên lí mạch giảm áp 42

Hình 3 28: Cầu đấu 42

Hình 3 29: Động cơ bơm 43

Hình 3 30: Cảm biến tiệm cận 43

x

Hình 3 31: Cấu tạo của cảm biến tiệm cận 43

Hình 3 32: Hình ảnh lập trình để in 3D các chi tiết 44

Hình 3 33: Hình ảnh thực tế in 3D các chi tiết 44

Hình 3 34: Sử dụng thiết bị để chế tạo mô hình 45

Hình 3 35: Hình ảnh đang lắp ráp mô hình 45

Hình 3 36: Mô hình khi đã hoàn thiện 46

Hình 3 37: Lắp các động cơ thiết bị điện vào mô hình 47

Hình 3 38: Tủ điện được thiết kế 47

Hình 3 39: Cắt máng điện và thanh ray 48

Hình 3 40: Tủ điện sau khi đã lắp đặt các khí cụ điện 48

Hình 3 41: Quá trình đấu dây cho tủ 49

Hình 3 42: Tủ sau khi đã đấu dây hoàn thiện 49

Hình 3 43: Hình ảnh bên ngoài mặt tủ 50

Hình 3 44: Hình ảnh mô hình đã hoàn thiện 50

Hình 4 1: Sơ đồ mạch cấp nguồn 51

Hình 4 2: Sơ đồ mạch điều khiển 52

Hình 4 3: Sơ đồ mạch động lực 52

Hình 4 4: Lưu đồ thuật toán tổng quát 55

Hình 4 5: Lưu đồ thuật toán chương trình bằng tay 56

Hình 4 6 Lưu đồ thuật toán chương trình tự động 57

Hình 4 7: Giản đồ thời gian 59

Hình 4 8: Giao diện giám sát 62

xii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU:

SCADA: Hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu

HMI: Giao diện người máy

WinCC: Windows Control Center

HMI: Human Machine Interface

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Hiện nay, theo bước phát triển thần tốc của các cuộc cách mạng khoa học công nghệ việc sử dụng con người trong các dây chuyền sản xuất hàng hóa còn rất nhiều gây

ra một sự đối lập Vì thế sử dụng các công nghệ hiện đại để đưa vào đây đang rất được

ưu tiên và được ủng hộ Đặc biệt là ý tưởng sử dụng công nghệ để tự đông hóa quá trình sản xuất trong công nghiệp, đặc biệt là các dây chuyền sản xuất hàng hóa nó có thể tăng

độ chính xác cho các sản phẩm tạo ra vì nó đã được thiết kế và tính toán bởi các kĩ sư lành nghề và đặc biệt là có thể thay thế cho con người trong sản xuất giúp tiết kiệm chi phí và giảm giá thành sản phẩm cũng như hạn chế tai nạn lao động trong những công việc nguy hiểm là công việc rất quan trọng

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, nên việc thiết kế và chế tạo một dây chuyền hệ thống tự động hóa trong sản xuất là việc làm rất cần thiết và cấp bách hiện nay Với sự chính xác trong khâu thiết kế tính toán và độ tin cậy cao

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

Sử dụng các công nghệ hiện đại như các bộ điều khiển, vi điều khiển, khí cụ điện, cảm biến để được phổ biến và sử dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp hướng đến sự phổ biến của chúng đối với các ngành khác trong cuộc sống

Phổ biến cho mọi người sáng tạo và nghiên cứa để tiếp tục cải thiện các công nghệ và tăng cường nghiên cứu khoa học góp phần thức đẩy sự phát triển của khoa học công nghệ

Giúp giảm sự phụ thuộc vào sức lao động của con người vào các lĩnh vực sản xuất nói riêng cũng như trong các ngành khác nói chung

Tăng độ chính xác của sản phẩm giúp tăng năng suất lao động và giảm giá thành sản phẩm

Hạn chế được những công việc nguy hiểm cần con người

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Ứng dụng trong việc thiết kế hệ thống chiết rót đóng nắp và in logo trong giới hạn đề tài đã đặt ra

4 Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết các mục nêu trên, đồ án sẽ đưa ra các phương pháp nghiên cứu như sau:

Nghiên cứu, phân tích và tìm hiểu các tài liệu liên quan:

 Tìm hiểu sơ đồ đấu nối của các thiết bị khí cụ điện

 Tìm hiểu số liệu của bộ điều khiển, các khi cụ điện liên quan

 Tìm hiểu và tính toán các thông số của các động cơ cũng như các cảm biến

 Nghiên cứu về phần mềm TIA Portal V17 và giao diện điều khiển giám sát trên Scada

 Nghiên cứu và tìm hiểu các chức năng của hệ thống

 Áp dụng các kiến thức chuyên ngành về điện cũng như về các kiến thức

về điều khiển để thi công phần điện cho mô hình

5 Kế hoạch nghiên cứu

Tìm hiểu và viết nguyên lí hoạt động của hệ thống, vẽ giản đồ thời gian, lập bản phân công đầu vào đầu ra, vẽ lưu đồ giải thuật

Bắt đầu lập trình cho bộ điều khiển hệ thống cũng như chế tạo và lắp đặt mô hình theo bản thiết

Thiết kế và vẽ các chi tiết phần cứng của mô hình

Vận hành và tinh chỉnh để mô hình hệ thống được hoạt động ổn định

Kết luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT,

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, nên việc thiết kế và chế tạo một dây chuyền hệ thống tự động hóa trong sản xuất là việc làm rất cần thiết và cấp bách hiện nay Với sự chính xác trong khâu thiết kế tính toán và độ tin cậy cao

1.2 Tổng quan về đề tài

Nội dung của đề tài chủ yếu khai thác vào hệ thống chiết rót, đóng chai và in logo

tự động cho các chai rỗng Đề tài này xây dựng một mô hình thu nhỏ của 1 dây chuyền sản xuất hàng hóa trong công nghiệp, sử dụng các thiết bị, cơ cấu chấp hành hoạt động một cách tự động dựa vào các tín hiệu của các cảm biến, được xử lí bởi thiết bị điều khiển như là vi xử lý, bộ điều khiển (PLC),… Để xử lý các thuật toán, yêu cầu đề ra của bài toán trong đề tài Hướng đến việc tự động hóa trong công nghiệp nhằm giảm sự phụ thuộc của con người trong lĩnh vực sản xuất, chế biến hướng đến cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 là sự kết hợp của trí tuệ nhân tạo tự động vận hành các dây chuyền này

Mô hình được thiết kế với 3 khâu làm việc đó là chiết rót dung dịch, đóng nắp chai và in logo lên thân chai Với đề tài này, nhóm hi vọng nó sẽ được ứng dụng trong tương lai gần

1.3 Nội dung đề tài

Sản phẩm được ra đời với mục đích thay thế sản xuất thủ công bằng sức lao động của con người, hướng đến việc tự động hóa trong quá trình sản xuất tại các doanh nghiệp sản xuất,… Khi hàng hóa được thành phẩm sẽ được đưa vào đóng gói Thay thế quá trình sản xuất hàng hóa thủ công bằng chân tay con người, tăng cường được năng suất lao động và thời gian để thực hiện công đoạn và giảm giá thành sản phẩm

Các giai đoạn phát triển hệ thống (Xem hình 1.1)

Việc thi công hệ thống được thực hiện qua các giai đoạn chính như sau:

Hình 1 1: Mô hình các giai đoạn phát triển hệ thống

 Khâu 1 sẽ chiết rót dung dịch vào vào chai theo định lượng thời gian

 Khâu 2 tiếp tục đóng nắp và vặn cố định vào chai

 Và cuối cùng khâu 3 sẽ in logo lên thân chai và thành phẩm

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu

Chế tạo mô hình thật nên nhóm gặp nhiều khó khăn trong việc thiết kế, chế tạo vào kết nối sản phẩm với bộ PLC S7- 1200 Đặc biệt là phần thiết kế và chế tạo phần cơ khí còn nhiều hạn chế nên trong quá trình vận hành thì hệ thống còn gặp nhiều trục trặc

và hoạt động chưa được trơn tru Các phương pháp chủ yếu:

Phương pháp mô phỏng, thiết kế trên lý thuyết: Nhóm đã thực hiện thiết kế, mô phỏng mô hình thử trên phân mềm TIA Portal và cho thấy hệ thống hoạt đúng với yêu cầu của đề tài để tiến hành bước tiếp theo là chế tạo mô hình sản phẩm thật

Phương pháp thực hành: Đồng thời với việc nghiên cứu lý thuyết em đã thiết kế

mô phỏng và chạy thử sản phẩm trên phần mềm để kiếm tra lý thuyết và sửa lỗi các chương trình để tiến hành kiểm tra lý thuyết trên sản phẩm thật

Phương pháp tính toán: Tính toán lựa chọn các linh kiện phù hợp với giới hạn và quy mô của mô hình thực tế, từ đó điều chỉnh các thông số cho phù hợp với công nghệ

sử dụng trong đề tài cũng như mô hình thực tế

1.4.3 Các phương pháp điều khiển hệ thống

a Sử dụng vi điều khiển

Vi điều khiển là bộ điều khiển có thiết kế nhỏ gọn nhưng mang lại hiệu suât làm việc cao, nó có thể xử lí các tín hiệu vào, tính toán để xuất các tín hiệu ra Vi điều khiển

thường ứng dụng để thực hiện những thuật toán điều khiển có quy mô lớn hơn so với PLC như điều khiển dòng điện, tốc độ động cơ, Hệ thống xử lý sử dụng vi điều khiển thường đơn giản, kích thước nhỏ hơn khi sử dụng PLC và giảm độ kém ổn định do linh kiện gây ra Vi điều khiển còn có thể điều khiển linh hoạt theo mong muốn của người

sử dụng dựa vào ngôn ngữ và phần mềm được viết

Giá thành rẻ cũng là một ưu điểm để có thể cân nhắc lựa chọn sử dụng vi xử lí

Và với độ bao phủ, phổ biến của vi điều khiển trong việc ứng dụng môi trường nghiên cứu và học tập, thì đây là một lợi thế nữa của vi điều khiển đôi với môi trường học tập nghiên cứu và đối tượng chính là sinh viên nghiên cứu và chế tạo các đề tài trong học tập, đồ án,…

b Sử dụng bộ điều khiển (PLC)

PLC là bộ điều khiển logic có khả năng lập trình được Ban đầu PLC chỉ có nhiệm

vụ điều khiển logic , tức là điều khiển on- off như các relay PLC hiện đại như bây giờ

có khả năng điều khiển PID và điều khiển mờ, PLC cho phép mở rộng thêm các module vào/ra nên có khả năng quản lý một hệ thống lớn trong nhà máy Vì vậy PLC thường được ứng dụng để điều khiển một hệ thống sản xuất lớn, có quy mô (so với vi

xử lý) và có đặc tính động học chậm (so với vi xử lý) như điều khiển mức nước, áp suất, nhiệt độ, tốc độ động cơ băng tải,…

Đặc trưng của PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy cao, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, có khả năng chống nhiễu tốt hơn vi xử lý, thay thế và hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết

bị ngoại vi hay giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các module mở rộng tốt

Tuy có giá thành khá cao so với vi xử lý nhưng bù lại vi xử lí có thể đáp ứng tốt trong môi trường công nghiệp với yêu cầu hoạt động liên tục trong thời gian dài nên vấn

đề này không ảnh hưởng nhiều đến việc lựa chọn bộ điều khiển để tham gia điều khiển

hệ thống và đề tài của nhóm

c Sử dụng các thiết bị điện

Phương pháp này sử dụng các thiết bị như: nút nhấn, công tắc, rơ le trung gian,

rơ le thời gian,… Dựa vào nguyên lí hoạt động của các thiết bị này mà liên kết chúng lại với nhau để hoạt động một cách tuần tự, liên kết chặt chẽ với nhau

Phương pháp này thường được sử dụng trong các hệ thống có thuật toán điều khiển đơn giản và không quá phức tạp (thường chủ yếu thực hiện một chức năng cụ thể

nào đó) nên khi sử dụng phương pháp này vào các bài toán nhiều khâu chức năng và thuật toán khác nhau thì nó lại cho thấy những yếu điểm như khó điều khiển, yêu cầu người thiết kế phải có sự nhạy bén và kinh nghiệm trong việc thiết kế, mô hình tủ điện trở nên phức tạp và cồng kềnh hơn Độ linh động không cao vì khi người sử dụng muốn thay đổi thuật toán điều khiển hoặc thay đổi chức năng của hệ thống nhằm sản xuất loại hàng hóa khác thì rất khó khăn Trong khi sử dụng hai phương pháp trên thì việc này có thể thay đổi dễ dàng hơn trên chương trình điều khiển

Mặc khác, khi hệ thống với các thuật toán phức tạp thì sẽ sinh ra việc sử dụng nhiều các thiết bị điện (khí cụ điện) nên giá thành sẽ cao hơn so với sử dụng 2 phương pháp ở trên Khi xảy ra sự cố thì xử lý sẽ khó khăn hơn

1.4.4 Mục tiêu của đề tài

Đề tài với mục tiêu là hướng đến việc ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, dành cho người vận hành giám sát Môi trường làm việc là công nghiệp nên phải yêu cầu là thiết bị điều khiển mang tính công nghiệp như làm việc vận hành liên tục, chịu được khắc nghiệt, bền bỉ với thời gian Chống nhiễu và hạn chế lỗi trong các linh kiện

Đặc biệt là phương pháp điều khiển phải đơn giản, dễ hiểu, không quá phức tạp

và có thể thay đổi linh hoạt hệ thống sản xuất đối với những hàng hóa khác

1.4.5 Lựa chọn phương pháp

Do tính ứng dụng của đề tài là xây dựng một mô hình sản xuất hàng hóa tự động với quy mô lớn và hướng đến các nhà máy, xí nghiệp trong công nghiệp Do vậy, khi so sánh các yêu tố và xét đến các chức năng, ưu nhược điểm của 3 phương pháp ở trên nên cuối cùng nhóm đã thống nhất là sẽ sử dụng phương pháp điều khiển hệ thống bằng bộ điều khiển PLC nhằm đáp ứng được các yêu cầu trong môi trường công nghiệp

Xét về tính thẩm mỹ và linh hoạt thì sử dụng bộ điều khiển có thể lập trình được (PLC) cũng đã đáp ứng yêu cầu đề ra khi các công ty, doanh nghiệp sản xuất muốn tái

cơ cấu các hệ thống, quy trình sản xuất tùy thuộc vào loại hàng hóa

1.4.6 Tính an toàn của hệ thống

Để đàm bào tính của hệ thống khi vận hành thì việc có chức năng lỗi hệ thống là rất cần thiết, nhằm cảnh báo sự cố và báo hiệu cho các kĩ sư và người vận hành biết và khắc phục kịp thời Khi hệ thống xảy ra lỗi thì đèn báo lỗi sẽ bật và dừng khẩn cấp toàn

bộ hệ thống Tuy nhiên, nếu hệ thống bị lỗi phần cứng hoặc xảy ra tai nạn thì vẫn còn nút dừng khần cấp để đảm bảo dừng đột ngột hệ thống

1.4.7 Tính thân thiện của hệ thống

Ngoài việc chú trọng đến tính năng cũng như tính an toàn của hệ thống thì việc tính tới mức độ thân thiện của chúng đối với môi trường cũng là điều rất đáng lưu tâm

Vì vậy, khi thiết kế hệ thống thì nhóm đã đảm bảo các quy tắc về môi trường

1.5 Mô hình chức năng của hệ thống

1.5.1 Các thành phần của hệ thống

Hệ thống bao gồm các thành phần như sau:

 Băng tải chuyển động truyền chai đến nơi chiết rót

 Khi tới nơi chiết rót thì cảm biến hồng ngoại 1 sẽ nhận tín hiệu và chiết rót dung dịch vào chai, đồng thời cũng đóng nắp chai trước đó

 Sau khi chai đã đóng nắp xong sẽ được đưa ra băng tải 2 để nhận tín hiệu của cảm biến hồng ngoại 2

 Sau khi đủ 2 chai thì chai sẽ được in logo vào thân chai và kết thúc 1 chu trình

1.5.2 Các khâu chức năng của hệ thống

a Khâu chiết rót

Khâu chiết rót với mục đích để rót dung dịch vào chai nên sử dụng động cơ bơm nhằm hút dung dịch từ bồn chứa tới chai đựng Ở khâu này còn được trang bị một cảm biến hồng ngoại để nhận tín hiệu điều khiển cho các khâu liên qua hoạt động

b Khâu đóng nắp

Với mục đích đóng (vặn) nắp nên khâu được trang bị 2 cơ cấu chấp hành làm việc đồng thời đó là xy lanh đưa động cơ vặn nắp đến vị trí vặn nắp và động cơ vặn nắp dùng để vặn cứng nắp vào chai

c Khâu in logo

Để có thể in được logo vào thân chai thì khâu này phải cần có cơ cấu chấp hành

là xi lanh để dùng đủ lực cần thiết đưa con dấu logo vào thân chai và thực hiện thao tác

in dấu logo Khâu này cũng được trang bị cảm biến hồng ngoại để đếm số chai chính xác cho cơ cấu hoạt động đúng với yêu cầu thuật toán đề ra

1.6 Giới hạn đề tài

Trong khả năng cho phép nhóm chỉ thi công và chế tạo mô hình Vì khoảng thời gian để làm đề tài là có hạn, với lượng kiến thức chuyên môn được học trong suốt thời

gian học và khả năng có hạn, nhóm thực hiện đề tài chỉ giải quyết một vài vấn đề như sau:

 Mô hình thiết kế và hoạt động được khá ổn định

 Tuy nhiên vẫn còn một số sai sót do linh kiện

 Một số chi tiết cơ khí còn hoạt động chưa được mượt mà và độ chính xác

so với yêu cầu chưa cao

 Thời gian thực hiện đề tài còn hạn chế

 Độ hoàn thiện và tính thẩm mỹ chưa cao

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ TIA PORTAL

2.1 Tổng quan về PLC

Trong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển tự động hóa, hình thức điều khiển được chia thành hai loại cơ bản Điều khiển dựa trên các trang thiết bị điện (như: nút nhấn, công tắc, rơ le trung gian, rơ le thời gian) kết nối với nhau tạo thành một hệ thống điều khiển

và điều khiển bằng bộ lập trình PLC

2.1.1 Bộ lập trình PLC

PLC là từ viết tắt của “Programmable logic controller” được dịch sang tiếng việt

là bộ điều khiển logic khả trình, hay được gọi là bộ điều khiển lập trình PLC cho phép

sử dụng linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình để thực hiện các sự kiện theo một quy trình Trong thực tế, chúng ta có thể hiểu PLC như một cụm các relay được tập hợp, thu nhỏ lại và được nâng cấp, thông minh hơn (smart relay) Ngôn ngữ lập trình PLC rất phong phú và đa dạng, tuy nhiên phổ biến nhất là Ladder, State Logic, C,

PLC được nhiều hãng chế tạo, và mỗi hãng có nhiều họ khác nhau, và có nhiều phiên bản trong mỗi họ, chúng khác nhau về tính năng và giá thành, phù hợp với bài toán đơn giản hay phức tạp Ngoài ra còn có các bộ ghép mở rộng cho phép ghép nhiều

bộ PLC nhỏ để thực hiện các chức năng phức tạp, hay giao tiếp với máy tính tạo thành một mạng tích hợp, việc thực hiện theo dõi, kiểm tra, điều khiển một quá trình công nghệ phức tạp hay toàn bộ một phân xưởng sản xuất

2.1.2 Lịch sử ra đời PLC

Từ khi ngành công nghiệp sản xuất bắt đầu phát triển, để điều khiển một dây chuyền, một thiết bị máy móc công nghiệp nào người ta thường thực hiện kết nối các linh kiện điều khiển riêng lẻ (Rơle, timer, contactor …) lại với nhau tuỳ theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển đáp ứng nhu cầu mà bài toán công nghệ đặt

ra Công việc này diễn ra khá phức tạp trong thi công vì phải thao tác chủ yếu trong việc đấu nối, lắp đặt mất khá nhiều thời gian mà hiệu quả lại không cao vì một thiết bị có thể cần được lấy tín hiệu nhiều lần mà số lượng lại rất hạn chế, bởi vậy lượng vật tư là rất nhiều đặc biệt trong quá trình sửa chữa bảo trì, hay cần thay đổi quy trình sản xuất gặp rất nhiều khó khăn và mất rất nhiều thời gian trong việc tìm kiếm hư hỏng và đi lại dây bởi vậy năng suất lao động giảm đi rõ rệt

Với những nhược điểm trên các nhà khoa học, nhà nghiên cứu đã nỗ lực để tìm

ra một giải pháp điều khiển tối ưu nhất đáp ứng mong mỏi của ngành công nghiệp hiện đại đó là tự động hoá quá trình sản xuất làm giảm sức lao động, giúp người lao động không phải làm việc ở những khu vực nguy hiểm, độc hại ….mà năng suất lao động lại tăng cao gấp nhiều lần

Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta cần phải chọn để điều khiển cho ngành công nghiệp hiện đại cần phải hội tụ đủ các yếu tố sau: Tính tự động cao, kích thước và khối lượng nhỏ gọn, giá thành hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc

ổn định linh hoạt …

Từ đó hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC (Programable Logic Control) ra đời đầu tiên năm 1968 (Công ty General Moto – Mỹ) Tuy nhiên bộ điều khiển này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống, vì vậy qua nhiều năm cải tiến và phát triển không ngừng khắc phục những nhược điểm còn tồn tại để có được bộ điều khiển PLC như ngày nay, đã giải quyết được các vấn đề nêu trên với các ưu việt như sau:

 Là bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán điều khiển

 Có khả năng mở rộng các module vào ra khi cần thiết

 Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu thích hợp với nhiều đối tượng lập trình

 Có khả năng truyền thông đó là trao đổi thông tin với môi trường xung quanh như với máy tính, các PLC khác, các thiết bị giám sát, điều khiển…

 Có khả năng chống nhiễu với độ tin cậy cao và có rất nhiều ưu điểm khác nữa Hiện nay trên thế giới đang song hành có nhiều hãng PLC khác nhau cùng phát triển như hãnh Omron, Misubishi, Hitachi, ABB, Siemen, Unitronics,…và có nhiều hãng khác nữa nhưng chúng đều có chung một nguyên lý cơ bản chỉ có vài điểm khác biệt với từng mặt mạnh riêng của từng ngành mà người sử dụng sẽ quyết định nên dùng hãng PLC nào cho thích hợp với mình mà thôi

trong khi đầu ra có thể bao gồm rơle, đèn, van và động cơ Người dùng có thể trộn và kết hợp các I / O của PLC để có được cấu hình phù hợp cho ứng dụng của họ

+ Truyền thông: ngoài các thiết bị đầu vào và đầu ra, PLC cũng có thể cần kết nối với các loại hệ thống khác; ví dụ, người dùng có thể muốn xuất dữ liệu ứng dụng được ghi lại bởi PLC sang hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA),được theo dõi bởi nhiều thiết bị PLC cung cấp một loạt các cổng và giao thức truyền thông để đảm bảo rằng PLC có thể giao tiếp với các hệ thống khác này

+ HMI: Để tương tác với PLC trong thời gian thực, người dùng cần có HMI hoặc Giao diện người máy Các giao diện vận hành này có thể là màn hình đơn giản, với màn hình đọc văn bản và bàn phím hoặc bảng điều khiển màn hình cảm ứng lớn tương tự như thiết bị điện tử tiêu dùng, nhưng bằng cách nào đó, chúng cho phép người dùng xem lại và nhập thông tin vào PLC trong thời gian thực

2.1.4 Điểm vượt trội của PLC

Cùng với sự phất triển của phần cứng lẫn phần mềm, PLC ngày càng tăng được các tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp Kích thước của PLC hiện nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng I/O càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống Chúng ta cùng so sánh sự vượt trội của PLC so với trang thiết

bị điều khiển nối dây:

 Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

 Thiết kế gọn nhẹ, dễ bảo quản, vận chuyển, sữa chữa

 Tiết kiệm không gian lắp đặt, tính thẩm mỹ cao

 Dung lượng bộ nhớ lớn có thể chứa được những chương trình phức tạp

 Hoàn toàn được tin cậy sử dụng trong môi trường công nghiệp

 Có thể giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: điện thoại, laptop, máy tính, HMI và các thiết bị ngoại vi khác

được yêu cầu để truyền dữ liệu qua trình duyệt Web, kết nối với cơ sở dữ liệu qua SQL

và thậm chí với dữ liệu đám mây qua MQTT

Có một số dòng sản phẩm PLC đơn giản hỗ trợ lập trình trực tiếp ngay trên thiết

bị (và máy tính) Tuy nhiên, đa phần các loại PLC còn lại thì đều hỗ trợ lập trình trên máy tính và thường được kết nối thông qua cổng USB Mini, RS232/422/485, Ethernet,

2.1.7 Ưu nhược điểm của PLC

a Ưu điểm

1 PLC dễ dàng tạo luồng ra và chương trình PLC dễ dàng thay đổi và sửa chữa: chương trình tác động đến bên trong bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi một cách dễ dàng Có thể thực hiện và giải quyết tại chỗ những vấn đề liên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thể nhận biết dễ dàng Được trang bị các công cụ phần mềm để tìm ra lỗi cả phần cứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế hay theo dõi được

4 Không như máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh các chức năng điều khiển, chứ không phải mang mục đích làm dụng cụ để thực hiện đa chức năng Ngôn ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến kiến thức chuyên môn về PLC

Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng như việc duy trì hệ thống PLC tại nơi làm việc

5 Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động bên ngoài thành các tác động bên trong (tức chương trình), mà chương trình tác động nối tiếp bên

trong còn trở thành một phần mềm có dạng tương ứng song song với các tác động bên ngoài Việc chuyển đổi ngược lại này là sự khác biệt lớn so với máy tính

6 Thực hiện nối trực tiếp : PLC thực hiện các điều khiển nối trực tiếp tới bộ xử

lý (CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý Đầu I/O này được đặt tại giữa các thiết

bị ngoại vi và CPU có chức năng chuyển đổi tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi thành các mức logic và chuyển đổi các giá trị đầu ra từ CPU ở mức logic thành các mức mà các thiết bị ngoại vi có thể làm việc được

7 Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất nhiều cho việc hàn mạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơle, thì đối với PLC những công việc

đó đơn giản được thực hiện bởi chương trình và các chương trình đó được lưu giữ ở băng catssete hay đĩa CDROM, sau đó thì chỉ việc sao trở lại

8 Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ: vì linh kiện bán dẫn được đem ra sử dụng rộng dãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp điều khiển bằng rơle trước đây

9 Tuổi thọ là bán- vĩnh cửu: vì đây là hệ chuyển mạch không tiếp điểm nên độ tin cậy cao, tuổi thọ lâu hơn so với rơle có tiếp điểm

2.1.9 Các đầu vào đẩu ra

I/O: digital, analog, high speed, nhiệt độ và trọng lượng là các I/O phổ cập nhất Các tín hiệu từ bộ cảm biến, nút nhấn, công tắc, được nối vào các module đầu vào của PLC, các cơ cấu chấp hành được nối với các module đầu ra của PLC Đa số các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24Vdc hoặc 100/240Vac Và

thường trên PLC sẽ được trang bị các đèn LED để báo hiệu trang thái hoạt động của các I/O

2.1.10 Lập trình PLC

Một chương trình PLC thường được viết trên máy tính và sau đó được tải xuống

bộ điều khiển Hầu hết các phần mềm lập trình PLC đều cung cấp ngôn ngữ lập trình Ladder Logic, hoặc C Ladder Logic là ngôn ngữ lập trình truyền thống Nó bắt chước

sơ đồ mạch với các nhịp rung động của logic đọc từ trái sang phải Mỗi nấc đại diện cho một hành động cụ thể được điều khiển bởi PLC, bắt đầu bằng một đầu vào hoặc một loạt các đầu vào rồi dẫn đến đầu ra Do bản chất trực quan của nó, Ladder Logic có thể

dễ thực hiện hơn nhiều ngôn ngữ lập trình khác Lập trình C là một sự đổi mới gần đây Một số nhà sản xuất PLC cung cấp phần mềm lập trình có sẵn

Ngôn ngữ lập trình PLC LD/LAD, FBD, ST/STL, SFC, IL, C/C++

Ba bước cần làm để lập trình một chương trình PLC

1 Xác định các tín hiệu I/O: đầu vào (Input), đầu ra (Output)

2 Xác định yêu cầu, nguyên lý, quy trình công nghệ

3 Lập trình => chạy thử => chỉnh sửa

Chú thích: để có được một chương trình hoạt động chính xác theo yêu cầu và không cần chỉnh sửa nhiều lần, đòi hỏi người lập trình không chỉ am hiểu về ngôn ngữ lập trình, mà còn phải tìm hiểu về các trang thiết bị đầu cuối được sử dụng trong quy trình công nghệ này

2.1.11 Ứng dụng của PLC

Bộ lập trình PLC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực, nhiều loại máy móc như: máy in, máy đóng gói, máy đánh sợi, máy se chỉ, máy chế biến thực phẩm, máy cắt tốc độ cao, hệ thống phân bổ giám sát trong dây chuyền sản xuất, bơm, xử lý nước thải, giám sát năng lượng, hệ thống điện, dây chuyền đóng gói

Dùng trong công nghệ điều khiển cánh tay Robot: ví dụ như gắp phôi từ băng tải

bỏ qua bàn gia công của máy CNC, hay điều khiển Robot đưa đổ vật liệu vào băng tải, hoặc thực hiện các việc đóng hộp, dán tem nhãn…

Ngoài ra, người ta còn sử dụng PLC trong các ứng dụng giám sát các quá trình trong các nhà máy mạ, các dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử trong các nhà máy, dây chuyền kiểm tra chất lượng sản phẩm… bằng các công tắc hành trình hoặc các cảm biến

2.2 PLC S7-1200 DC/DC/DC

2.2.1 Giới thiệu chung

Bộ điều khiển PLC SIMATIC S7-1200 DC/DC/DC là một trong những phiên bản của dòng PLC S7-1200 của Siemes Ở phiên bản này, giống như tên gọi của nó, dòng PLC này sử dụng nguồn điện tiêu chuẩn 24VDC để PLC hoạt động và cũng như cấp nguồn cho các đầu vào và đầu ra Nó thường được sử dụng phổ biến vì đặc biệt ít nguy hiểm cho người sử dụng vì chỉ sử dụng nguồn 24VDC

Đấu nối dây cho PLC ở phiên bản này cũng khá đơn giản hơn so với các phiên bản khác vì nó dùng chung 1 nguồn đồng bộ từ nguồn vào PLC, nguồn cho các đầu vào đầu ra giúp thuận tiện cho việc sử dụng

Phần mềm sử dụng để lập trình cho PLC là TIA Portal với 3 ngôn ngữ lập trình

là LAD, FBD và SCL Hỗ trợ đầy đủ các chuẩn truyền thông được sử dụng phổ biến hiện nay đó là cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Và còn có thể nâng cấp chuẩn truyền thông bằng các module mở rộng được kết nối bằng RS232 hoặc RS485

Nhà sản xuất còn cung cấp thêm các tính năng bảo mật hiện đại để bảo vệ quyền truy cập CPU hay chương trình điều khiển

2.2.2 Các thông số bên ngoài phần cứng và các moudule

a Cấu trúc bên ngoài

PLC S7-1200 của SIEMENS có cấu tạo vỏ ngoài bằng nhựa, có nắp che bảo vệ các tiếp điểm Input, Output và nguồn Các tiếp điểm nguồn vào và Input thường được đặt ở phía trên và Output được đặc ở phía dưới Số tiếp điểm này nhiều hay ít phụ thuộc vào từng loại phiên bản, mẫu mã của PLC Như trong hệ thống của nhóm thì sử dụng PLC 1214C DC/DC/DC với 14 Input và 10 Output Hình 2.1 cho thấy hình ảnh mặt trước của PLC S7-1200

Hình 2 1: Cấu trúc phần cứng bên ngoài của PLC

 Bộ phận kết nối nguồn.(1)

 Các bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che).(2)

 Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên.(2)

 Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.(3)

 Bộ phận kể nối PROFINET (phía trên CPU).(4)

b Các bản tín hiệu

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Người dùng

có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phía trước của CPU Hình 2.2 thể hiện các bảng tín hiệu

Hình 2 3: Module tín hiệu

 Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu (1)

 Bộ phận kết nối đường dẫn (2)

 Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra (3)

d Các module truyền thông

Hình 2 4: Module truyền thông

Họ PLC S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng

bổ sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485

CPU hổ trợ tối đa 3 module truyền thông

Mỗi CM kết nối phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác) Hình 2.4 thể hiện module tín hiệu sau khi lắp vào PLC

 Các LED trạng thái dành cho module truyền thống (1)

 Bộ phận kết nối truyền thông (2)

2.3 Phần mềm lập trình TIA Portal V17

2.3.1 Một số thao tác cơ bản làm quen với phần mềm

Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Advance chạy hệ điều hành Windows, phần mềm làm nhiệm vụ trung gian giữa người lập trình và PLC

Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay laptop thì phải kết nối chuẩn TCP/IP

Để máy tính và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp được với nhau, quan trọng nhất là địa chỉ IP của các thiết bị phải phù hợp và đồng bộ với nhau Sau đây là cách tạo một project trên TIA Portal

Bước 1: Từ màn hình desktop nhấn đúp vào biểu tượng TIA Portal V17 (Xem

Hình 2.5)

Hình 2 5: Thao tác chọn vào phần mềm

Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án (Xem Hình 2.6)

Hình 2 6: Thao tác tạo dự án mới

Bước 3: Nhập tên dự án vào project name sau đó nhấn Create new project ( Xem

Hình 2.7)

Hình 2 7: Thao tác đặt tên chọn đường dẫn và tạo new project

Bước 4: Chọn Configure a device (Xem Hình 2.8)

Hình 2 8: Thao tác chọn vào Configure a device

Bước 5: Chọn Add new device (Xem Hình 2.9)

Hình 2 9: Thao tác chọn vào Add new device

Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn Add (Xem Hình 2.10)

Hình 2 10: Thao tác Chọn loại CPU PLC

Bước 7: Setup mật khẩu cho PLC rồi chọn Finnish Bước này tùy thuộc vào loại

Versions của PLC nên có thể có hoặc không (Xem Hình 2.11)

Hình 2 11: Thao tác Setup mật khẩu bảo vệ cho PLC

Bước 8: Project mới hiện ra (Xem Hình 2.12)

Hình 2 12: Cửa sổ làm việc của phần mềm

2.3.2 Giao diện giám sát WinCC Runtime Advanced

WinCC Runtime Advanced là một trong những chương trình ứng dụng cho mạng HMI, Scada trong lĩnh vực dân dụng cũng như công nghiệp

Là phần mềm của hãng Siemens và được tích hợp trong TIA Portal, WinCC Runtime Advanced (Windows Control Center) dùng để giám sát, điều khiển và thu thập

dữ liệu trong quá trình sản xuất và vận hành Nói rõ hơn, WinCC là chương trình dùng

để thiết kế các giao diện Người và Máy - HMI (Human Machine Interface) trong hệ Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), giám sát và điều khiển quá trình sản xuất, với chức năng chính là thu thập số liệu Với WinCC, người dùng có thể trao đổi

dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như: Allen braddly, Siemens ,Omron, Mitsubishi, thông qua cổng COM với chuẩn RS232 vủa PC và chuẩn RS485 của PLC

Với WinCC Runtime Advanced, ta có thể tận dụng nhiều chức năng khác nhau cho để giải quyết công việc thuận lợi hơn, từ thiết kế cho hệ thống có quy mô vừa và nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiện sản xuất - MES (Manufacturing Excution Sytem) WinCC Runtime Advanced có thể mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điềuk hiển dưới dạng chuổi sự kiện Cung cấp rất nhiều hàm chức năng với rất nhiều mục đích như hiển thị, thông báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường , các tham số công thức, là những chức năng mà WinCC đều làm được Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển và là một trong những chương trình thiết kế giao diện Người và Máy - HMI được tin dùng nhất hiện nay

2.3.3 Chức năng của WinCC Runtime Advanced

a Hiển thị quá trình

Quá trình vận hành, điều khiển và giám sát mô hình hệ thống được hiển thị trên thiết bị HMI(WinCC), màn hình Laptop,… Được cập nhật một cách chính xác trên màn hình trên các thiết bị này Điều này được thực hiện dựa trên việc giao tiếp bởi các chuẩn giao tiếp phổ thông và các sự chuyển tiếp quá trình

b Điều khiển vận hành quá trình

Người vận hành, điều khiển, giám sát,… có thể điều khiển quá trình bởi giao diện giám sát được thiết lập sẵn trên WinCC Ví dụ, họ có thể cài đặt các giá trị ban đầu cho việc điều khiển hay khởi động một động cơ

c Hiển thị các cảnh báo

Các quá trình nghiêm trọng, bị lỗi hệ thống tự động khởi phát báo động, ví dụ, khi giá trị đặt được vượt quá giá trị cho phép

d Lưu trữ các giá trị cảnh báo quá trình

Hệ thống HMI có chức năng ghi lại các cảnh báo và giá trị quá trình Tính năng này cho phép bạn lưu trữ các dãy quá trình và lấy ra các dữ liệu của sản xuất từ trước

e Ghi chép và cảnh báo các giá trị của quá trình

Hệ thống HMI có thể đưa ra các báo cáo giá trị của quá trình làm việc và các cảnh báo về vận hành Chức năng này cho phép bạn in ra các dữ liệu sản xuất ở cuối của

ca làm việc

f Quản lý thông số máy móc và quá trình

Hệ thống HMI có chức năng lưu giữ các thông số của các quá trình và máy móc dưới dạng công thức Ví dụ, bạn có thể Dowload những thông số trên một đường dẫn từ thiết bị HMI tới PLC để thay đổi toàn kiểu sản xuất của sản phẩm

2.3.4 Các bước cấu hình và kết nối WinCC Runtime Advanced với PLC